1. Концепция полного использования сырьевых ресурсов

В большинстве химических производств затраты на сырье составляет значительную часть себестоимости продукции. Концепция полного использования сырьевых ресурсов направлена на максимальный выход целевого продукта, максимальное превращение сырья в используемые, полезные продукты. Разберем приемы, которые способствуют выполнению этой концепции.

1) Выбор химической схемы производства процесса - важнейший способ улучшения использования сырьевых ресурсов. Производство серной кислоты можно строить или на основе серного колчедана или серы. Что предпочтительнее?

обжиг серного колчедана 4 FeS₂ + 11 O₂ = 2Fe₂O₃ + 8 SO₂

или серы S₂ + 2 O₂ = 2 SO₂;

окисление диоксида серы SO₂ + 1/2 O₂ = SO₃;

абсорбция триоксида серы SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

На 1-й взгляд с т.з. стоимости и доступности сырья лучше взять колчедан, сера дороже. Но колчедан это порода, содержащая массу примесей, которые остаются при обжиге и образуют огарок- отход производства. Газ, который получается при обжиге колчедана, помимо полезного компонента SO₂ , содержит много примесей, которые переходят в продукт, мешают реакции окисления диоксида серы. Надо предусмотреть систему очистки газа от примесей, это материальны затраты, которые удорожают стоимость продукта. Можно отметить также, что при обжиге колчедана много кислорода переходит в состав оксида железа, поэтому после обжига концентрация SO₂ в газе будет не высокая. Если горит сера, примесей не образуется, нет отходов, не нужна система очистки. Сера дороже колчедана, но в итоге получается выигрыш.

2) Использование избытка одного из реагентов в исходной смеси  как правило, более дешевого и доступного. В предыдущем примере используют избыток кислорода по отношению к стехиометрии реакции. Это универсальный прием повышения степени превращения одного из исходных веществ, участвующих в реакции. Об этом говорили в разделе «стехиометрические и термодинамические закономерности»).

3) Противоточный контакт фаз - известное решение, обеспечивающее максимальную движущую силу, как в процессе теплопередачи, так и в процессе массообмена (об этом уже говорили).

4) Фракционный рецикл используют при неполном превращении исходных реагентов. В системе разделения после реактора выделяют не прореагировавшие реагенты и возвращают их на переработку. Типичный пример - синтез аммиака, 3Н₂ + N₂ = 2NH₃, в котором после выделения аммиака оставшуюся азото-водородную смесь снова направляют в реактор синтеза.

5) Утилизация отходов позволяет получить дополнительные полезные продукты из побочных продуктов реакции, практически всегда образуемых вместе целевым продуктом. Если, например, найдется потребитель огарка в производстве серной кислоты (а в нем есть много полезных и ценных веществ), то производство кислоты из колчедана может оказаться вполне конкурентным.

6) Альтернативное сырье. Использование не возобновляемого сырья (нефть, газ, руды…) заставляет не только искать способы его полного использования, но и другие сырьевые источники. Использование отходов производств - одно из направлений расширения сырьевых источников. Другое направление - альтернативные источники первичного сырья.

Так, получение сырья для нефтехимической промышленности, в основном базируется на двух ведущих процессах переработки нефти - термическом пиролизе (продукты: этилен и другие низшие олефины) и каталитическом риформинге (продукты: бензол и другие ароматические углеводороды). Нефтепереработка обеспечивает выработку также таких важных продуктов, как моторные топлива (продукты: бензин, дизельное топливо и другие). Относительная ограниченность запасов нефти при высоких объемах ее добычи, ухудшении качества нефти вновь открываемых месторождений и, как следствие, значительный рост затрат на их разработку обуславливает изменение структуры и диверсификацию сырьевого баланса для получения моторных топлив и органического синтеза. В этом отношении большую перспективу представляет уголь.

Уголь является наиболее распространенным углеродсодержащим полезным ископаемым. Интерес к нему как альтернативному источнику сырья за последние годы возродился. Известны несколько методов, которые используются для превращения угля в жидкие углеводороды и топливо. Наибольшее значение приобрели гидрогенизация угля и газификация до СО и Н₂ с последующим каталитическим синтезом углеводородов.